Ciclo de diseño VLSI

La integración a muy gran escala (VLSI) es el proceso de creación de circuitos integrados (IC) mediante la combinación de una serie de componentes como resistencias, transistores y condensadores en un solo chip.

VLSI Design es un ciclo iterativo. El diseño de un chip VLSI incluye algunos problemas, como el diseño funcional, el diseño lógico, el diseño de circuitos y el diseño físico. La precisión del diseño se verifica mediante el proceso de simulación. Si se encuentran errores de diseño en cualquier etapa de la verificación, se debe repetir al menos uno de los pasos de diseño anteriores para corregir el error durante el proceso de diseño.

Descripción del diagrama de flujo de diseño VLSI:

1. Especificación del sistema: En este paso se escribe el objetivo del producto final deseado. Durante la especificación del sistema, se determinará el costo designado del sistema, su rendimiento, arquitectura y cómo se comunicará el sistema con el mundo externo. Durante este paso, los usuarios o clientes deben proporcionar la especificación de diseño.

2. Diseño arquitectónico: la arquitectura básica del diseño deseado debe cumplir con las especificaciones del sistema del diseño deseado. Se decide la arquitectura del diseño deseado y los ingenieros de diseño diseñan el diseño del mismo. El diseño arquitectónico incluye la integración de bloques analógicos y de señal mixta, gestión de memoria, comunicación interna y externa, requisitos de alimentación y elección de tecnología de proceso y pilas de capas.

3. Diseño funcional o Behavioral design:  Consiste en refinar la especificación de diseño del diseño deseado para diseñar el comportamiento funcional del sistema deseado. El objetivo principal de este es generar un diseño arquitectónico de alto rendimiento dentro de los requisitos de costo que plantean las especificaciones.

4. Diseño lógico:  en este paso, la estructura del diseño deseado se agrega a la representación de comportamiento del diseño deseado. Las principales especificaciones a considerar para el diseño lógico son la minimización lógica, la mejora del rendimiento y la capacidad de prueba. El diseño lógico también debe considerar los problemas asociados con la generación de vectores de prueba, detección de errores y corrección de errores. Se han desarrollado muchas herramientas de síntesis lógica para la automatización del proceso de diseño lógico.

5. Diseño de circuitos: en este paso, los bloques lógicos del diseño deseado se reemplazan por los circuitos electrónicos, que consisten en dispositivos electrónicos como resistencias, capacitores y transistores. En esta etapa se realiza la simulación del circuito del diseño deseado, con el fin de verificar el comportamiento de temporización del sistema deseado. Las leyes de Kirchhoff se utilizan para conocer el comportamiento del circuito electrónico en términos de voltajes de Node y circuitos derivados. El resultado de las ecuaciones integrodiferenciales se resuelve luego en tiempo discreto. SPICE es un programa muy conocido para la simulación de circuitos.

6. Diseño físico: en este paso, se realiza el diseño real del sistema deseado, donde todos los componentes se colocarán en el circuito y todos estos componentes estarán interconectados. El diseño real del sistema deseado puede afectar el área, la corrección y el rendimiento del producto final deseado. La corrección del chip también está controlada por el diseño físico. Un diseño de circuito que pasa la prueba de un simulador de circuito puede ser defectuoso después de haber sido empaquetado. Esto se debe a errores en las reglas de diseño geométrico. Estas reglas de diseño deben seguirse para garantizar la corrección de la fabricación del chip. Pueden producirse errores como cortocircuitos, circuitos abiertos, canales abiertos, etc. si no se respetan las reglas de diseño.

7. Fabricación: Después del diseño real y la verificación del diseño deseado, el diseño se envía para su fabricación. La transferencia del diseño deseado al proceso de fabricación se denomina tapeout . La generación de datos para la fabricación se conoce como transmisión. El diseño deseado es sobre las diferentes capas del diseño mediante el proceso fotolitográfico. Los circuitos integrados se fabrican en obleas de silicio redondas con un diámetro de 200 mm a 300 mm, estos circuitos integrados se prueban y se marcan como circuitos integrados funcionales o defectuosos.

8. Empaquetado y prueba: Después de la fabricación del diseño deseado, se empaquetan los chips funcionales. El empaque se configura temprano en el proceso de diseño deseado y la aplicación junto con los requisitos de costo y factor de forma. Los tipos empaquetados pueden incluir Dual In-Line Packaged (DIP), Pin Grid Array (PGA) y Ball Grid Array (BGA). Después de posicionar una array en la cavidad del paquete, sus clavijas se conectan a las clavijas del paquete, por ejemplo, con unión de cables o golpes de soldadura (flip-chip). El paquete del diseño deseado se sella y luego se envía a los usuarios finales o clientes.